自动安平水准仪设计.doc

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自动安平水准仪设计水准仪是在17～18世纪发明了望远镜和水准器后出现的。20世纪初，在制出内调焦望远镜和符合水准器的基础上生产出微倾水准仪；50年代初出现了自动安平水准仪；60年代研制出激光水准仪；90年代研制出了数字水准仪，又叫电子水准仪。我们本次课程设计选取的是DS32型自动安平水准仪。其主要技术参数如下：倍率32x、物镜口径40mm、视场角、安平精度。一．自动安平水准仪的使用方法自动安平水准仪（automaticlevel）是指在一定的竖轴倾斜范围内，利用补偿器自动获取视线水平时水准标尺读数的水准仪。是用自动安平补偿器代替管状水准器，在仪器微倾时补偿器受重力作用而相对于望远镜筒移动，使视线水平时标尺上的正确读数通过补偿器后仍旧落在水平十字丝上。用此类水准仪观测时，当圆水准器气泡居中仪器放平之后，不需再经手工调整即可读得视线水平时的读数。它可简化操作手续，提高作业速度，以减少外界条件变化所引起的观测误差。水准仪的使用包括：水准仪的安置、粗平、瞄准、精平、读数五个步骤。而对于自动安平水准仪而言，精平的步骤可以省略。具体操作步骤如下：1、安置安置是将仪器安装在可以伸缩的三脚架上并置于两观测点之间。首先打开三脚架并使高度适中，用目估法使架头大致水平并检查脚架是否牢固，然后打开仪器箱，用连接螺旋将水准仪器连接在三脚架上。2、粗平粗平是使仪器的视线粗略水平，利用三个脚螺旋调整圆水准器中气泡的位置，并通过水泡观察器观察，直至水泡居中。具体操作步骤如下:（1）如下图所示，用两手按箭头所指的相对方向转动脚螺旋1和2，使气泡沿着1、2连线方向由a移至b。（2）用左手按箭头所指方向转动脚螺旋3，使气泡由b移至中心。规律：整平时，气泡移动的方向与左手大拇指旋转脚螺旋时的移动方向一致，与右手大拇指旋转脚螺旋时的移动方向相反。(a)(b)(c)3、瞄准（1）目镜调焦：松开制动螺旋，将望远镜转向明亮的背景(如:天空)，转动目镜对光螺旋，使十字丝成像清晰。（2）初步瞄准：通过望远镜筒上方的光学瞄准器瞄准标尺，旋紧制动螺旋。 （3）物镜调焦：转动调焦手轮，使标尺的成像清晰。（4）精确瞄准：转动微动手轮，使标尺成像在视场中心。4、读数符合水准器气泡居中后，应立即用十字丝中丝在标尺上读数。读数时应从小数向大数读，如果从望远镜中看到的水准尺影像是倒像，在尺上应从上到下读取；若成正像，即从下往上读。直接读取米、分米和厘米，并估读出毫米，共四位数。读数后再检查符合水准器气泡是否居中，若不居中，应再次调平，重新读数。二、自动安平水准仪的工作原理自动安平水准仪主要可以实现三个方面的测量。分别是高差测量、距离测量、方向角度测量。而我们平时常用的是高差测量，下面就介绍一下如何利用自动安平水准仪进行高差测量。1、安置仪器于A、B之间。A点为后视点，它在标尺上的读数a称为后视读数；B点为前视点，它在标尺上的读数b称为前视读数。2、垂直安放标尺于A点，用中丝读数为a3、垂直安放标尺于B点，用中丝读数为b4、则A、B两点的高度之差为三、仪器组成自动安平水准仪的机械结构如图所示：（剖视图）自动安平水准仪主要由四大部分组成，具体组成部分如下： 1、望远系统1）物镜（双分离）2）棱镜3）分划板4）目镜2、精密轴系1）主轴2）轴套3）精密卡圈3、圆水准器本台安平水准仪的水准器精度已在说明书中给出，为4、安平机构1）球面基座（三角螺旋）2）度盘 四、光学系统设计自动安平水准仪的光学系统为一望远系统，结构形式如下：（剖视图）在水准仪中，其光学系统为一望远系统。对于本仪器而言，是一个内调焦望远系统。它的组成包括：物镜、调焦镜、棱镜(补偿器)、十字分划板、目镜。由于该系统中所能测量的数据有限，无法进行内调焦望远系统的具体参数计算，所以在这里按照普通的开普勒望远系统的计算方法来计算其特性参数。具体参数的获得方法主要通过两个途径：①通过查阅说明书，可知：系统的总放大率；物方视场角②通过测量，可以得出如下物理量：物镜口径；系统的入瞳直径；目镜口径；光学筒长具体计算步骤如下： 1、求物镜和目镜的焦距联立求解方程组解得：2、视场光澜的直径因为，所以，3、求目镜的视场角因为所以4、求出瞳距这可以用牛顿公式求得5、求出瞳直径6、目镜的视度调节7、选取物镜、目镜的结构由于物镜的相对孔径，焦距，选用双胶合或双分离物镜即可。查找《光学仪器手册（上册）》234页表，根据焦距和入瞳直径来选取物镜的玻璃对。由于目镜的视场，不是特别大，又没有其他特殊要求，则选用凯涅尔目镜或对称目镜均可。五、轴系设计轴系图、尺寸（外径22、长度）、配合六、蜗杆设计参考《光学仪器手册（下册）》411页上表，计算蜗轮和蜗杆的主要参数。1、在仪器上数出蜗轮的齿数、蜗杆的齿数（一般取）2、传动比3、模数一般选取m=0.5或1，这里选取模数m=0.54、蜗杆轴向齿距5、蜗杆导程6、测得蜗杆分度圆直径（中圆直径）7、齿顶圆直径齿根圆直径8、蜗杆直径系数 七、设计任务1、完成自动安平水准仪的总体设计2、完成内部望远系统设计（1）测量出望远系统外形尺寸及相关参数（2）根据测量的参数，计算其他参数；（3）根据测量和计算出的参数，选择物镜、目镜结构（查光学仪器设计手册或光学零件数据库)。（4）绘制出光学系统机械图和物镜组的部件图，并标配合。3、绘制零件图绘制轴系部件图和蜗杆的零件图，并标配合。4编写设计说明书内容包含下述内容：（1）设备工作原理（2）设备基本组成及功能（3）仪器光学系统设计（4）主要参数的确定与计算（5）结论及改进意见（6）参考资料八、具体要求1、装配图（主视图、俯视图、左视图、顶视图）（1）结构合理，工艺性好；（2）视图选择正确，投影关系清楚，符合制图标准；（3）装配图上要标注主要尺寸：装配尺寸、特性尺寸、轮廓尺寸、主要配合尺寸及配合种类等；（4）要包括零件序号及明细表、标题栏。（5）先用坐标纸绘出草图，经老师审核后，再用AutoCAD绘制并输出要求的装配图。2、光学系统结构图(剖面图)绘制出内部望远系统的机械结构图，并标注配合。3、部件图（2个：轴和轴套、物镜）（1）结构合理，工艺性好；（2）视图完整，比例合适，符合制图要求；（3）按照零件图的标准要求制图，并标注配合。4、零件图进行蜗杆的设计，并绘制出其零件图。5、说明书文字简练，语言通顺，论述正确，结论清楚技术要求：（装配图、涡轮蜗杆零件图）1、调制处理245-269HBS2、齿面淬火硬度HRC40-45 1、去除毛刺2、未注尺寸公差按IT14级3、未注形位公差按C级4、倒角